priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2025-68-7-576-589pribor-389Research ArticleИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫINFORMATION-MEASURING AND CONTROL SYSTEMSУправление наземным колесным гиростабилизатором как носителем аппаратуры оптического мониторинга дефектов наружной поверхности воздушного суднаControl of a ground-based wheeled gyrostabilizer as a carrier of equipment for optical monitoring of defects in the outer surface of an aircraftАлешинБ. С.AleshinB. S.

Борис Сергеевич Алешин — д-р техн. наук, профессор, академик РАН; кафедра пилотажно-навигационных и информационно-измерительных комплексов; заведующий кафедрой

Москва

Boris S. Aleshin — Dr. Sci., Professor, Academician of the RAS; Department of Flight-Navigation and Information-Measuring Systems; Head of the Department

Moskow

kaf305@mai.ruЧерноморскийА. И.ChernomorskyA. I.

Александр Исаевич Черноморский — канд. техн. наук, доцент; НИО-305; ст. научный сотрудник

Москва

Alexander I. Chernomorsky — PhD, Associate Professor; Scientific Department 305; Senior Researcher

Moskow

chernomorscky@yandex.ruПетрухинВ. А.PetrukhinV. A.

Владимир Андреевич Петрухин — кафедра пилотажно-навигационных и информационно-измерительных комплексов; ст. преподаватель

Москва

Vladimir A. Petrukhin —Department of Flight-Navigation and InformationMeasuring Systems; Senior Lecturer

Moskow

riksorge@yandex.ruМосковский авиационный институт (национальный исследовательский университет)РоссияMoscow Aviation InstituteRussian Federation202509082025687576589Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20252025Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/389

Рассматривается одноосный наземный колесный гиростабилизатор (НКГ) с гравитационно-маховичным управлением его двухстепенной платформой, который понимается как носитель аппаратуры оптического мониторинга дефектов нижней части наружной поверхности воздушного судна (ВС) на его стоянке. Цель исследования — разработка способа формирования траектории движения НКГ, алгоритмов управления этим движением и угловой ориентацией платформы НКГ в процессе мониторинга. Рассмотрена схема построения двухколесного НКГ, на платформе которого установлена фотокамера с оптической осью, проходящей через центр оси колесной пары. Формирование траектории движения центра оси колесной пары НКГ осуществляется в горизонтальной плоскости, параллельной плоскости подстилающей поверхности стоянки ВС. На основе использования модифицированной динамической модели движения НКГ рассмотрен алгоритм его траекторного управления моментами, развиваемыми двигателями мотор-колес в функции управляющих линейной и угловой скоростей движения НКГ. Разработан алгоритм управления угловой ориентацией платформы НКГ относительно плоскости горизонта с применением маховиков в качестве источников управляющих реактивных, гироскопических, а также гравитационных моментов. Результаты имитационного моделирования подтвердили эффективность принятых решений.

A single-axis ground wheeled gyrostabilizer (GWG) with gravity-flywheel control of its two-stage platform, which is understood as a carrier of equipment for optical monitoring of defects in the lower part of the outer surface of an aircraft (AC) at its parking lot, is considered. The purpose of the study is to develop a method for forming the GWG motion trajectory, algorithms for controlling this motion and the angular orientation of the GWG platform during monitoring. The design scheme of a two-wheeled GWG, on the platform of which a camera with an optical axis passing through the center of the wheelset axis is installed, is analyzed. The motion trajectory of the GWG wheelset axis center is formed in a horizontal plane parallel to the plane of the underlying surface of the AC parking lot. Based on the use of a modified dynamic model of GWG motion, an algorithm for its trajectory control of moments developed by the motor-wheel engines as a function of the control linear and angular velocities of GWG motion is considered. An algorithm for controlling the angular orientation of the NCG platform relative to the horizon plane is developed using flywheels as sources of control reactive, gyroscopic, and gravitational moments. The results of simulation modeling confirmed the effectiveness of the decisions made.

фотомониторингодноосный наземный колесный гиростабилизаторформирование траекториитраекторное управлениеуправление ориентацией платформыphoto monitoringsingle-axis ground-based wheeled gyro-stabilizertrajectory formationtrajectory controlplatform orientation controlработа выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект 23-29-00958.the work was supported by the Russian Science Foundation, project 23-29-00958.ReferencesКиселев Д. Ю., Макаровский И. М. Неразрушающие методы контроля технического состояния воздушных судов: Учеб. пособие. Самара: Изд-во Самар. ун-та, 2017.Kiselev D.Yu., Makarovsky I.M. Nerazrushayushchiye metody kontrolya tekhnicheskogo sostoyaniya vozdushnykh sudov (Non-Destructive Methods of Testing the Technical Condition of Aircraft), Samara, 2017. (in Russ.)Lafiosca P. Fan I.-S., Avdelidis N. P. Aircraft skin inspections: towards a new model for dent evaluation // Non-Destructive Testing and Condition Monitoring. 2023. N 65(7). P. 378–383. DOI: 10.1784/insi.2023.65.7.378.Lafiosca P., Fan I.-S., Avdelidis N.P. Insight - Non-Destructive Testing and Condition Monitoring, 2023, no. 7(65), pp. 378–383, DOI:10.1784/insi.2023.65.7.378.Jovančević I., Pham H.-H., Orteu J.-J., Gilblas R., Harvent J., Maurice X., & Brèthes L. 3D Point Cloud Analysis for Detection and Characterization of Defects on Airplane Exterior Surface // Journal of Nondestructive Evaluation. 2017. N 36(4). DOI: 10.1007/s10921-017-0453-1.Jovančević I., Pham H.-H., Orteu J.-J., Gilblas R., Harvent J., Maurice X., & Brèthes L. Journal of Nondestructive Evaluation, 2017, no. 4(36), DOI:10.1007/s10921-017-0453-1.Алёшин Б.С., Черноморский А.И. и др. Робототехнический комплекс для осмотра воздушного судна на его стоянке // Перспективные системы и задачи управления: Материалы XVI Всерос. науч.-практ. конф. и XII молодежной школы-семинара. Ростов н/Д, 2021. С. 116–118.Aleshin B.S., Chernomorskiy A.I. et al. Perspektivnyye sistemy i zadachi upravleniya (Advanced Control Systems and Tasks), Proceedings of the XVI All-Russian Scientific and Practical Conference and the XII Youth School-Seminar, Rostov-on-Don, 2021, рр. 116–118. (in Russ.)Pat. 20160264262A1US. Collaborative robot for visually inspecting an aircraft / N. Colin, F. Guibert. Publ.: 16.09.2016.Patent US20160264262A1, Collaborative robot for visually inspecting an aircraft, N. Colin, F. Guibert., Published 16.09.2016.Almadhoun R., Taha T., Dias J., Seneviratne L., & Zweiri Y. Coverage Path Planning for Complex Structures Inspection Using Unmanned Aerial Vehicle (UAV) // Lecture Notes in Computer Science. 2019. P. 243–266. DOI: 10.1007/978-3-030-27541-9_21.Almadhoun R., Taha T., Dias J., Seneviratne L., & Zweiri Y. Lecture Notes in Computer Science, 2019, рр. 243–266, DOI:10.1007/978-3-030-27541-9_21.Bugaj M., Novak A., Stelmach A., and Lusiak T. Unmanned aerial vehicles and their use for aircraft inspection // New Trends in Civil Aviation (NTCA). 2020. P. 45–50.Bugaj M., Novak A., Stelmach A., and Lusiak T. New Trends in Civil Aviation (NTCA), 2020, pр. 45–50.Shang J., Sattar T., Chen S. and Bridge B. Design of a climbing robot for inspecting aircraft wings and fuselage // Industrial Robot. 2007. Vol. 34, N 6. P. 495–502. DOI: 10.1108/01439910710832093.Shang J., Sattar T., Chen S. and Bridge B. Industrial Robot, 2007, no. 6(34), pp. 495–502, https://doi. org/10.1108/01439910710832093.Achat S., Marzat J., & Moras J. Curved Surface Inspection by a Climbing Robot: Path Planning Approach for Aircraft Applications // Intern. Conf. on Informatics in Control, Automation and Robotics. 2023. P. 433–443. DOI: 10.5220/0012185300003543.Achat S., Marzat J., & Moras J. International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics, 2023, рр. 433–443, DOI:10.5220/0012185300003543.Aleshin B. S., Chernomorsky A. I., Kuris E. D., Lelkov K. S., Ivakin M. Robotic complex for inspection of the outer surface of the aircraft in its parking lot // INCAS Bulletin. 2020. Vol. 12. P. 21–31. DOI: 10.13111/2066-8201.2020.12.S.2. 2020.Aleshin B.S., Chernomorsky A.I., Kuris E.D., Lelkov K.S., Ivakin M. INCAS Bulletin, 2020, no. 12, pp. 21–31, DOI:10.13111/2066-8201.2020.12.S.2.Михеев В. В., Черноморский А. И., Петрухин В. А. Управление одноосным колесным модулем с горизонтируемой двухстепенной платформой, перемещающимся по горизонтальной подстилающей поверхности с проскальзыванием // Авиация и космонавтика: Тез. 17-й Междунар. конф. 2018. С. 186–187.Mikheev V.V., Chernomorskiy A.I., Petrukhin V.A. Aviatsiya i kosmonavtika-2018 (Aviation and Cosmonautics-2018), Abstracts of the 17th International Conference, 2018, рр. 186–187. (in Russ.)Петрухин В. А., Лельков К. С., Черноморский А. И. Локальная навигация колесного мобильного робота как носителя аппаратуры мониторинга дефектов воздушного судна на его стоянке // XXX Юбилейная Санкт-Петербургская междунар. конф. по интегрированным навигационным системам: сб. материалов конференции. Санкт-Петербург, 2023. С. 85–90.Petrukhin V.A., Lelkov K.S., Chernomorskiy A.I. XXX Yubileynaya Sankt-Peterburgskaya mezhdunarodnaya konferentsiya po integrirovannym navigatsionnym sistemam (XXX Anniversary St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems), Conference Proceedings, St. Petersburg, 2023, рр. 85–90. (in Russ.)Yang G., Kapila V. Optimal path planning for unmanned air vehicles with kinematic and tactical constraints // Proc. of the 41st IEEE Conf. Decision Control. 2002. P. 1301–1306.Yang G. and Kapila V. Proc. 41st IEEE Conf. Decision Control, Dec. 2002, pp. 1301–1306.Cohen I., Epstein C., Isaiah P., Kuzi S., Shima T. Discretization-Based and Look-Ahead Algorithms for the Dubins Traveling Salesperson Problem // IEEE Trans. on Automation Science and Engineering. 2017. N 14(1). P. 383–390. DOI: 10.1109/tase.2016.2602385.Cohen I., Epstein C., Isaiah P., Kuzi S., & Shima T. IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, 2017, no. 1(14), рр. 383–390, DOI:10.1109/tase.2016.2602385.Алешин Б. С., Черноморский А. И. и др. Наземные одноосные колесные модули для транспортировки и управления угловой ориентацией аппаратуры мониторинга окружающей среды // XXVIII Санкт-Петербургская междунар. конф. по интегрированным навигационным системам: сб. материалов. Санкт-Петербург, 2021. С. 158–165.Aleshin B.S., Chernomorsky A.I. et al. XXVIII Sankt-Peterburgskaya mezhdunarodnaya konferentsiya po integrirovannym navigatsionnym sistemam (XXVIII St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems), St. Petersburg, 2021, рр. 158–165. (in Russ.)Алешин Б. С., Черноморский А. И., Петрухин В. А., Лельков К. С. Навигация наземного колесного робота в инфраструктуре аэродрома // Изв. ТулГУ. Технические науки. 2023. № 9. С. 293–302. DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-293-294.Aleshin B.S., Chernomorsky A.I., Petrukhin V.A., Lelkov K.S. News of the Tula state university. Technical sciences, 2023, no. 9, pp. 293–302, DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-293-294. (in Russ.)Максимов В. Н., Черноморский А. И. Система управления неголономным одноосным колесным модулем для мониторинга геометрических параметров аэродромных покрытий // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2015. № 3. С. 156–167.Maksimov V.N., Chernomorskii A.I. Journal of Computer and Systems Sciences International, 2015, no. 3(54), pp. 483–494.Oriolo G., De Luca A., Vendittelli M. WMR Control Via Dynamic Feedback Linearization: Design, Implementation, and Experimental Validation // IEEE Trans. on Control Systems Technology. 2002. Vol. 10, N 6. P. 835–852.De Luca A., Oriolo G., Vendittelli M. Lecture Notes in Control and Information Sciences, London, 2001, vol. 270, pp. 181–226.Oriolo G., De Luca A., Vendittelli M. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2002, no. 6(10), pp. 835–852.Oriolo G., De Luca A., Vendittelli M. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2002, no. 6(10), pp. 835–852.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.